MXPA02010778A - Procedimiento para produccion de herramientas. - Google Patents

Abstract

La produccion de una superficie disenada tecnicamente en un abrasivo aplicado sobre tela o papel se elabora de manera mas versatil mediante el uso de una herramienta de produccion que se obtiene utilizando una herramienta principal creada mediante una tecnica de prototipacion rapida.

Description

PROCEDIMIENTO PARA PRODUCCIÓN PE HERRAMIENTAS ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere a procedimientos para la producción de herramientas para operaciones de fabricación. Las herramientas de interés en esta solicitud en particular son aquellas que se utilizan para moldear, estampar o imprimir una superficie con un patrón deseado. Las herramientas, que se mencionan de aquí en adelante en la presente como "herramientas de formación de patrones", pueden tener la forma de un rodillo en donde la superficie tiene el patrón deseado, o una placa simple o una banda con el patrón formado en la superficie. El interés principal para la presente invención se encuentra en la creación de herramientas que puedan ser utilizadas para producir abrasivos aplicados sobre tela o papel con superficies técnicamente diseñadas para producir efectos específicamente diseñados. La invención se describirá con este tema como el enfoque principal pero debe entenderse claramente que la invención puede adaptarse fácilmente para cumplir las necesidades de una amplia variedad de aplicaciones de impresión, formación o estampado que no tienen conexión directa con los abrasivos aplicados sobre tela o papel pero que comparten una necesidad común para una técnica rápida, versátil y económica para la producción de herramientas con patrones complejos formados en la superficie de la herramienta.

Los abrasivos aplicados sobre tela o papel con superficies técnicamente diseñadas se forman al depositar una capa que comprende partículas abrasivas dispersas en una formulación de aglutinante curable. El aglutinante es con frecuencia pero no esencialmente un aglutinante curable por radiación y las partículas abrasivas pueden ser cualesquiera de aquellas comúnmente utilizadas en abrasivos aplicados sobre tela o papel incluyendo alúmina fusionada y sinterizada, carburo de silicio, alúmina/zirconia, superabrasivos tales como nitruro de boro cúbico, boruros de aluminio/magnesio complejos y diamante, y abrasivos suaves destinados para pulir materiales suaves tales como vidrio incluyendo sílice, precursores de alfa-alúmina y ceria. Las superficies pueden diseñarse técnicamente mediante una técnica de deposición por moldeo, estampado o rotograbado tal como se describe por ejemplo en USPP 5,014,468; 5,152,917; 5,840,088; y 5,863,306. Con frecuencia es útil establecer que la superficie comprende formas recurrentes que pueden ser exactamente idénticas y regularmente separadas pero para muchas otras aplicaciones se desea que las formas se dispongan en patrones que incluyan formas que no sean ¡guales y/o no se encuentren en un patrón uniforme a través de toda la herramienta de conformación de superficie. Se ha encontrado que estas irregularidades son efectivas para evitar el desarrollo de patrones de raspado o trazado en la superficie del sustrato que va a rasparse. Sin embargo, la necesidad de la no uniformidad hace a la producción de la herramienta de conformación de superficie, (que comúnmente se produce al moletear patrones apropiados en la superi?cie de la herramienta), mucho más difícil y técnicamente desafiante en donde el moleteo de un patrón de líneas rectas continuas a través de la superficie de la herramienta no producirá el patrón no uniforme deseado. Además, la superficie de la herramienta con frecuencia representa un compromiso ya que el gasto para producir las herramientas diseñadas específicamente para cada aplicación es considerable. Un factor de complicación adicional es que, debido al contacto con los materiales abrasivos la vida de una herramienta antes de que desgaste o de otra forma se deforme puede ser muy limitada. Existe por lo tanto una necesidad de un procedimiento para elaborar herramientas de conformación o formación de superficie que sea extremadamente versátil, rápido y económico. La presente invención provee dicho proceso y herramientas de formación elaboradas mediante este procedimiento. La herramienta puede adaptarse a una gama de procedimientos incluyendo moldeo, estampado, deposición por rotograbado y/o impresión. Sin embargo, como se indicó anteriormente el interés principal explorado en la descripción de la invención que se provee en la presente es la producción de una herramienta adecuada para elaborar productos abrasivos aplicados sobre tela o papel, estructurados, (o "diseñados técnicamente").

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención provee un procedimiento para la producción de un abrasivo aplicado sobre tela o papel con una superficie estructurada diseñada técnicamente caracterizado porque el patrón sobre la superficie se genera utilizando una herramienta producida mediante una técnica de prototipación rápida. Los abrasivos aplicados sobre tela o papel que tienen superficies estructuradas diseñadas técnicamente generalmente son abrasivos aplicados sobre tela o papel que tienen un material de substrato y una capa abrasiva depositada en el respaldo que comprende partículas abrasivas dispersas dentro de un aglutinante curado. La capa abrasiva tiene una superficie diseñada técnicamente para tener un patrón que generalmente provee una pluralidad de ubicaciones en donde el espesor de la capa es mayor al espesor promedio de la capa. El patrón comprende unidades regularmente de repetición aunque dentro de cada unidad el patrón puede ser algo aleatorio. Ejemplos típicos de abrasivos aplicados sobre tela o papel con superficies estructuradas diseñadas técnicamente se describen por ejemplo en USPP 5,512,917; 5,454,844; 5,849,235; 5,658,184; 5,672,097; 5,681 ,217; 5,833,724; 5, 840,088 y 5,863,306. Las técnicas descritas para producir las superficies estructuras incluyen impresión por rotograbado, estampado y moldeo. Por lo tanto las herramientas pueden ser utilizadas por ejemplo como moldes, rodillos estampadores o rodillos de rotograbado. Otras técnicas implican el trazado de ranuras triangulares paralelas en una herramienta posteriormente el trazado de ranuras más paralelas en ángulos rectos hacia las primeras pirámides con base cuadrada de salida en la superficie. Esta superficie puede ser utilizada directamente como la herramienta de formación o puede utilizarse para moldear la variación hembra equivalente. Esta técnica se describe en USP 5,300,263. Otros procedimientos que graban o moletean un patrón en un rodillo incluyen USPP 4,478,769; 5,435,8116; 5,489,235; y 5,946,991. Dichos procedimientos requieren la producción de herramientas de corte y las herramientas deben alinearse continua y cuidadosamente y los tipos de patrón que pueden reproducirse se limitan estrictamente y se alinean entre sí entre líneas paralelas. La presente invención permite versatilidad ilimitada en la elección de patrones y se limita únicamente al grado en que se limita el tamaño de la superficie que puede producirse mediante una máquina de RPM específica. Cualquiera que sea la técnica, la presente invención requiere el uso de una herramienta que pueda fabricarse fácilmente mediante una técnica de prototipación rápida ("RP"), y que pueda ser utilizada y desecharse o reiterarse sin gastos considerables.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 es una vista en planta que muestra tres diferentes tipos de superficie, (1(a), 1(b) y 1(c)) que pueden producirse mediante técnicas de RP pero no mediante técnicas de trazado convencionales. La figura 2 muestra un diagrama de flujo para la elaboración de una herramienta de producción utilizando un procedimiento dentro el término de la presente invención. La figura 3 muestra la vista en planta de tres etapas en la producción de un abrasivo aplicado sobre tela o papel. De izquierda a derecha se muestra el "patrón macho" elaborado mediante una técnica de RP, una versión moldeada por silicio, (hembra), elaborada del patrón macho; y un abrasivo con una superficie diseñada técnicamente elaborada al estampar una capa de una suspensión que comprende un aglutinante curable que tiene partículas abrasivas dispersas en el mismo utilizando una herramienta de producción elaborada de la forma moldeada por silicio.

DESCRIPCIÓN DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS La técnica de prototipación rápida tiene un número de modalidades útiles que se discutirán a continuación pero se entiende que puede haber un número de técnicas que vayan más allá de aquellas descritas a continuación que se adapten a la invención básica pero que tengan las mismas características básicas, principalmente: 1) diseño por computadora de un patrón de superficie deseado; 2) reducción del diseño a un programa por computadora que puede reducirse a un número de cortes horizontales que cuando se encuentran en la parte superior del otro producen el diseño deseado; 3) realización del diseño en forma de una herramienta de formación de superficie de prototipo y 4) el uso del prototipo para generar una herramienta de producción. Las técnicas dentro de este procedimiento de producción se discutirán ahora con detalle.

Prototipación rápida El término "prototipación rápida" se utiliza para describir una variedad de técnicas mediante las cuales se genera un prototipo de la superficie formada de patrón macho en un modo rápido y totalmente reproduclble. Todas las técnicas operan al convertir un archivo de computadora en un objeto real. El archivo de computadora se genera mediante un programa de diseño asistido por computadora, (generalmente llamado un "programa de CAD"), que provee la capacidad de diseñar una forma y posteriormente observar esa forma en tres dimensiones a partir de una variedad de ángulos. Por una variedad de razones, el programa genera el diseño en la forma de un formato de "archivo de STL". "STL" es la abreviatura para "estereolitografía" que es una técnica por medio de la cual el archivo puede ser utilizado para generar el patrón macho. Dichos archivos de STL pueden utilizarse sin embargo para convertir el archivo en un patrón macho mediante una variedad de técnicas alternativas como se discutirá en la presente a continuación. Existe un número de proveedores disponibles de los paquetes de diseño de CAD que incluye "Solidedge" disponible de Unigraphics; "SolidView" de Solid Concepts; Solidworks y Autocad 2000. El diseño puede salvarse en formatos diferentes a los archivos de STL incluyendo por ejemplo DWG/DXF, IDEAS, IGES, y archivos VRML. La máquina de prototipación rápida generalmente, (pero no siempre como se observará), trabaja en el mismo principio: el archivo generado mediante la máquina de CAD, (tal como un archivo de STL), se manipula para producir una secuencia de secciones horizontales a través del diseño de manera que la forma total se convierta en una pluralidad de cortes horizontales. El programa entonces se utiliza para producir modalidades físicas de cada corte mediante una técnica conveniente, (algunas de las cuales se discuten a continuación), en secuencia de manera que el patrón deseado se construya en tres dimensiones mediante deposición secuencial de cortes en la parte superior de los cortes previamente depositados. La técnica de prototipación rápida tiene un número de modalidades aunque todas comparten un procedimiento común en donde una superficie deseada se crea en una computadora utilizando un programa de "diseño asistido por computadora". Este programa genera una imagen por computadora del diseño proyectado que se observa desde todos los ángulos. Este diseño posteriormente se utiliza para generar una herramienta de producción que se utiliza para crear la superficie estructurada diseñada técnicamente en el abrasivo aplicado sobre tela o papel. Existen muchas formas en las cuales la herramienta de producción puede generarse, pero en la mayoría de los casos, la técnica de RP produce un patrón con un área superficial relativamente pequeña, generalmente no mayor a 0.093 m2. De este modo, el patrón necesita duplicarse y los patrones individuales unirse para formar una herramienta comercial medida de manera adecuada. Esto desde luego da oportunidades adicionales para variación en el patrón creado en la superficie de abrasivo aplicado sobre tela o papel mediante el uso de una variedad de patrones individuales. Por lo tanto se entiende que la herramienta de producción puede y desde luego debe comprender una pluralidad de unidades generadas de RP similares o diferentes. La técnica RP puede ser utilizada para producir un patrón que sea macho o hembra en cuanto a estructura. Dependiendo del diseño, puede desearse producir una herramienta de formación secundaria que sea el inverso del patrón elaborado mediante la técnica de RP: es decir, si la técnica RP hace un patrón macho, puede desearse utilizarlo para generar un patrón hembra, y desde luego viceversa. El beneficio de este enfoque es que el patrón generado mediante RP no sólo puede archivarse y utilizarse de manera repetida para generar replicas inversas múltiples, sino también puede reemplazarse rápida y económicamente al generarlo de nuevo con una máquina de RP. La técnica de RP tiene una pluralidad de modalidades en donde la herramienta de producción puede elaborarse directamente utilizando un programa de deposición controlado por computadora. Un procedimiento típico de este tipo es "formación de red diseñada técnicamente por láser" en donde una corriente de gotas de metal fundido transportadas en una corriente de gas se tienden a lo largo de un patrón tridimensional determinado por la deposición secuencial de los "cortes" de estructura generados mediante el programa. Sin embargo, con más frecuencia ia técnica de RP se utiliza para producir un intermediario que se utiliza por sí mismo para formar la herramienta de producción. Una técnica conveniente para obtener un intermediario mediante una técnica de RP implica sumergir una plataforma que soporta material de substrato en un baño de resina curable por radiación con la plataforma estando justo por debajo de la superficie. La máquina de RP entonces pasa un rayo láser en la superficie del baño de resina en un patrón determinado por el primer corte generado por la máquina de RP. El láser provoca la curación y solidificación de la resina en el área contactada, duplicando así en forma de resina el primer corte. La plataforma entonces se baja justo por debajo de la superficie del baño y el láser de nueva cuenta se activa para producir una forma de resina curada que corresponda con el segundo corte. Este procedimiento se repite hasta que todos los cortes se han multiplicado y una estructura de resina sólida, que comprende las capas depositadas en secuencia y fusionadas, se ha generado la cual corresponde exactamente a la forma diseñada mediante la máquina de CAD. Esto entonces provee el patrón macho. Equipo adecuado puede obtenerse, por ejemplo a partir de sistemas 3-D; Aaroflex; Fockele & Schwartze (en Alemania); y CMET/Mitsubishi, Mitsui, Teijin, y Seiki Denken (en Japón). Una técnica alternativa comprende una técnica de deposición por choro de tinta modificada en donde un polímero termoplástico se funde y se deposita desde un cabezal de chorro de tinta en un substrato que es soportado en una plataforma. Las gotas se extienden a lo largo en un patrón dictado mediante el programa de RP que de nueva cuenta ha convertido la salida de CAD original en una serie cortes. Las gotas se solidifican cuando entran en contacto con la superficie en donde se depositan y después de que se ha completado la producción del primer corte, la plataforma desciende mediante una cantidad incremental y un segundo corte se forma en la parte superior del primero. Los cortes subsecuentes se colocan uno en la parte superior del corte previo hasta que la forma de CAD se multiplica en el polímero termoplástico. Equipo adecuado se provee por medio de los sistemas 3-D, Sanders Prototype and Optometric.

Una técnica similar deposita polvo metálico junto con un polímero fundido. Las capas depositadas se forman en la estructura deseada y el polímero utilizado para unir las partículas entonces se quema a medida que las partículas se sinterizan para formar la forma final. El equipo adecuado puede obtenerse, por ejemplo, a partir de Z-Corp (que utiliza un sistema de almidón-celulosa que no se quema), Soligen, Extrude Hone y Therics. La forma puede además retinarse mediante molienda para dar una precisión agregada a la forma si se desea. Si una forma voladiza se requiere, ésta puede acomodarse mediante la construcción de un soporte temporal en la plataforma y al disolver posteriormente el soporte después de que la forma voladiza deseada se ha producido. (Esto se aplica principalmente a las máquinas de deposición por choro de tinta de polímero. La mayoría de las otras máquinas deben construir soportes con el material de construcción normal; estos soportes deben removerse manualmente al momento de completar la construcción.) Una técnica similar en la cual el polímero se reemplaza por las gotas de metal fundido suspendidas en una corriente de gas, se ha desarrollado. Sin embargo opera casi de la misma manera y algunas veces es llamada "formación de red diseñada técnicamente por láser", o "LENS". En una opción adicional, la máquina de RP puede generar una serie de cortes cortados desde un material adecuado, tal como una lámina de plástico o metal, que se diseñan para colocarse uno en la parte superior del otro en un orden específico hasta que la forma deseada se ha producido. Se entenderá que exista una variante en el procedimiento continuo descrito anteriormente. Los fabricantes del equipo que puede adaptarse para el uso de esta técnica en el servicio de la presente invención, incluyen Helisys Corp., Schroff Development Corp. and Kira KK en Japón y Kinergy en Singapur. Aún otra técnica es el uso de láser para provocar la fusión selectiva o sinterización. Como se describió antes, una capa de polvo se coloca en un material del substrato y un rayo láser se proyecta en la capa en un patrón determinado por el dispositivo de RP. El polvo, que puede ser de plástico, metal, cera o cerámica revestida, se fusiona entonces en una capa continua en las áreas puestas en contacto mediante el láser. El substrato entonces se baja, una nueva capa de polvo se deposita y una capa fusionada por láser se coloca en la parte superior de la primera y así hasta que la estructura deseada, que está comprendida por muchas capas superpuestas, se haya completado. El equipo que puede ser utilizado en este tipo de procedimiento se encuentra disponible en DTM Corporation y EOS GmbH, (en Alemania). Todas estas técnicas anteriores pueden ser utilizadas para producir un "patrón" que es "macho" o "hembra".

Formación del patrón hembra Un patrón macho puede ser utilizado para producir un patrón hembra, (y viceversa), preferiblemente mediante un simple procedimiento de "moldeo por contacto" en donde un material moldeable se coloca en contacto con el patrón macho, conformado con la superficie del macho, curado en esa posición, y posteriormente removido desde el patrón macho para proveer una réplica hembra exacta de los contornos de la superficie del patrón macho. El material a partir del cual el patrón hembra se produce puede ser cualquier resina termoplástica o termoendurecible adecuada pero por muchas razones tal como costo, aptitud para la conformación, propiedades de liberación, inatacabilidad y así sucesivamente, se prefiere un polímero de silicio curado por adición. El mismo patrón macho puede ser utilizado para duplicar un gran número de patrones hembra ya que muy poco daño es provocado al patrón macho durante cada operación de moldeo. De este modo un número ilimitado potencialmente de patrones hembra puede laborarse a partir del mismo patrón macho y un conjunto de programas de dichos patrones macho puede mantenerse para dar la flexibilidad máxima de la línea de producción. Adicionalmente, los patrones macho idénticos a los originales pueden elaborarse relativamente de forma rápida y económica con una máquina de RP.

Herramienta de producción En donde se requiere una herramienta de producción macho, el patrón hembra entonces utiliza para elaborar una herramienta de producción al fijar el patrón a la superficie de un substrato con las dimensiones apropiadas y configuración. Por ejemplo, el patrón hembra puede adherirse a la superficie de un rodillo estampador de manera que la superficie de patrón hembra sea el medio* estampador cuando el rodillo se utiliza. Desde luego, un rodillo no se utiliza esencialmente en esta porción del procedimiento y puede sustituirse un molde de plato de prensa plano. Generalmente la superficie de la herramienta de producción es significativamente superior a la lámina de patrón hembra que se produce a partir del patrón macho. En tal caso la herramienta de producción puede elaborarse mediante réplica del patrón, ensamble de una pluralidad de patrones de replica, (que pueden duplicarse desde el mismo patrón o patrones diferentes), para formar un patrón grande del tamaño deseado y posteriormente utilizar el patrón grande para formar una herramienta de producción. La producción de la herramienta de producción se realiza de manera más conveniente mediante una técnica de moldeo por contacto convencional utilizando un material de resina a partir del cual se forma la herramienta de producción. Alternativamente, un número de patrones macho puede producirse mediante una técnica de RP y ensamblarse para formar un patrón grande a partir del cual una lámina hembra puede producirse con un área superficial lo suficientemente grande para cubrir la superficie total de herramienta de producción. En algunas circunstancias una herramienta de producción macho grande se necesita y ésta puede acomodarse dentro de la presente invención al adherir varias láminas de patrón para formar una forma cilindrica con el lado del patrón hacia adentro. Un cilindro de soporte entonces se acomoda dentro del cilindro creado desde las láminas del patrón hembra combinadas con el espacio entre el cilindro de soporte y la superficie interior de cilindro formado desde las láminas de patrón hembra que proveen un molde. Una composición de moldeo, tal como resina de silicio curable, entonces se introduce en el molde y se cura en el mismo para formar el patrón macho cilindrico. Mediante selección de las dimensiones del cilindro formado desde las láminas de patrón hembra es posible por lo tanto producir un manguito sin costura que pueda ajustarse sobre un rodillo para producir una herramienta de producción en forma de un rodillo estampador. La herramienta de producción puede adaptarse para utilizarse en otros procedimientos de formación tales como la creación de una configuración de superficie específica en una superficie diseñada técnicamente al curar una formulación que comprende un aglutinante curable por radiación mientras que la formulación se pone en contacto en realidad con la herramienta de producción. Esto puede realizarse al formar en la herramienta de producción a partir de un material transparente por radiación de manera que la curación puede ocurrir mediante radiación que pasa a través del material de la herramienta de producción. Alternativamente, si el respaldo, en el cual la superficie diseñada técnicamente debe formarse, es una película transparente, la curación puede ser a través del material de respaldo. De igual manera puede utilizarse para formar una superficie termoplástica al calentar el termoplástico y al estampar el material suavizado por calor.

La herramienta de producción entonces se utiliza para crear la superficie diseñada técnicamente de un abrasivo aplicado sobre tela o papel. La superficie en donde esta superficie se crea, está comprendida de una resina curable con, dispersa en la misma, partículas abrasivas y opcionalmente otros aditivos tales como lubricantes, llenadores, auxiliares de trituración, aditivos de control de adhesión, promotores de curación y similares y mezclas de dos o más materiales. La resina curable puede curarse mediante calor o humedad o mediante reacción química pero preferiblemente la resina se cura por radiación por medio de la cual se quiere decir que puede provocar que se endurezca mediante exposición a rayos UV, luz visible o radicación por rayos de electrones opcionalmente con la ayuda de iniciadores de curación o promotores ("auxiliares"). La herramienta de producción puede ser un molde en donde el aglutinante curable se cura al menos parcialmente mientras entra en contacto con la herramienta. Alternativamente puede ser un rodillo estampador o plato de prensa que se remueve antes de que se inicie la curación del aglutinante. Todas las herramientas pueden elaborarse de conformidad con el procedimiento de RP y posteriormente utilizarse para crear una superficie diseñada técnicamente mediante el procedimiento de la invención que tiene un grado de complejidad incomparable con las técnicas anteriores.

Claims (8)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un procedimiento para producir un abrasivo aplicado sobre tela o papel con una superficie diseñada técnicamente que comprende; a) utilizar una técnica de prototipación rápida para producir una herramienta principal; b) utilizar la herramienta principal como un molde a partir del cual se elabora una pluralidad de secciones de herramienta de producción; c) ensamblar dichas secciones para producir una herramienta de producción cilindrica con una superficie estructurada; d) depositar una capa de resina de aglutinante curable que tiene partículas abrasivas dispersas en el mismo sobre un substrato; e) utilizar la herramienta de producción para imponer un patrón sobre la capa; y f) curar la resina de aglutinante curable para producir un abrasivo aplicado sobre tela o papel que tiene una superficie diseñada técnicamente.

2.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la herramienta de producción se encuentra en una forma seleccionada del grupo que consiste en una placa de estampado, rodillo, banda o red.

3.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la resina aglutinante se cura mientras se encuentra en contacto con la herramienta de producción.

4.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque la técnica de prototipación rápida utiliza estereolitografía.

5.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque el procedimiento de estereolitografía emplea una técnica de deposición por chorro de tinta.

6.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la prototipación rápida produce un patrón macho.

7.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el aglutinante de resina curable es una resina curable por radiación.

8.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque, además del grano abrasivo disperso dentro del aglutinante curable, el aglutinante contiene otros adyuvantes seleccionados del grupo que consiste en auxiliares de trituración, lubricantes, auxiliares de curación, llenadores, aditivos de control de adhesión y mezclas de los mismos.